الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 25000 تومان
(ایران ترجمه - irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۶۸
کد مقاله
ELC168
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۱
نام انگلیسی
GRAPHENE GEOMETRIC DIODES FOR OPTICAL RECTENNAS: Chap-01
تعداد صفحه به فارسی
۱۳
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۰
کلمات کلیدی به فارسی
دیود هندسی گرافنی, رکتنای نوری
کلمات کلیدی به انگلیسی
GRAPHENE GEOMETRIC DIODE, OPTICAL RECTENNA
مرجع به فارسی
دپارتمان مهندسی برق، دانشگاه بریگهام یانگ، دانشگاه کلرادو بولدر
دپارتمان مهندسی برق، کامپیوتر و انرژی، دانشگاه کلرادو، ایالات متحده
مرجع به انگلیسی
Brigham Young University; University of Colorado Boulder; A thesis submitted to the
Faculty of the Graduate School of the
University of Colorado in partial fulfillment
of the requirement for the degree of
Doctor of Philosophy
Department of Electrical, Computer, and Energy Engineering
کشور
ایالات متحده
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری
فصل ۱
چکیده
رکتناهای نوری، که به عنوان میکروآنتن ها جهت تبدیل تابش فرکانس نوری به جریان متناوب به شمار می آیند که در ترکیب با دیودهای ابر پرسرعت جهت یکسوسازی جریان بکار گرفته می شوند و در عمل قابلیت کارایی تبدیلی بالای سلول های خورشیدی و آشکارسازهای حساس را ارائه می نمایند. رکتناهای نوری که هم اکنون تحت بررسی قرار دارند، با استفاده از دیودهای فلز / عایق / فلز (MIM) از نقطه نظر زمان پاسخ RC و تطبیق امپدانس ضعیف بین دیودها و آنتن ها محدود هستند. یک یکسوساز جدید، دیود هندسی، می تواند بر این محدودیت ها فایق آید. تز کنونی قابلیت توسعه رکتناهای دیود هندسی، همراه با ارتقای فرآیندهای ساخت برای رکتناهای دیود MIM را مورد بحث قرار می دهد. دیود هندسی متشکل از یک فیلم یا لایه ـ نازک رسانا، یعنی گرافن، و با الگوسازی هندسی همراه با قابلیت شبیه سازی رفتار دیود، بشمار می آید. در مقابل دیودهای MIM، که دارای الکترودهای صفحه موازی می باشند، ساختار مسطح دیود هندسی فراهم آورنده یک ثابت زمانیRC اندک، در مرتبه ۱۰-۱۵ s، با قابلیت عمل در فرکانس های نوری می باشد. دیودهای هندسی ساخته شده از ویژگی های جریان ـ ولتاژ DC نامتقارن برخوردار می باشند که از تطابق مناسبی با شبیه سازی های مونت کارلو بر مبنای مدل Drude برخوردار می باشند. پاسخ دهی دیود اندازه گیری شده در DC و بایاس درین ـ سورس صفر برابر با ۰٫۰۱۲ A/W می باشد. از آنجایی که تغییر ولتاژ گیت سبب تغییر غلظت حامل بار گرافن می شود و قابلیت سوئیچ اکثریت نوع بار را حاصل می آورد، قطبیت یکسوسازی دیود را می توان معکوس نمود. به علاوه، یکسوسازی نوری در ۲۸ تراهرتز از رکتناهای شکل یافته به واسطه کوپلینگ دیودهای هندسی با گرافن و آنتن های پاپیونی فلزی شکل می گیرد. عملکرد آشکارساز IR رکتنا را می توان جزء بهترین آشکارسازهای IR بدون قابلیت سرد سازی / تبرید بحساب آورد. توان معادله نویز (NEP) آشکارساز رکتنا با استفاده از دیود هندسی به میزان ۲٫۳ nW Hz-1/2 اندازه گیری شده است. ارتقای متعاقب در دیود و طراحی آنتن به نظر قابلیت افزایش عملکرد آشکارساز به میزان حداقلی ضریب ۲ را خواهد داشت. کاربردهای دیودهای هندسی و آنتن های پاپیونی گرافنی را می توان تشخیص موج های تراهرتز و نوری، کاربرد در علوم الکترونیک ابر پر سرعت، و تبدیل توان نوری مشخص ساخت.
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۱
فصل ۱
مقدمه ای بر رکتنا
الف. رکتنا
دیود کوپل شده با آنتن برای کاربرد در فرکانس نوری، که همچنین تحت عنوان رکتنای نوری نیز خوانده می شود، شامل یک آنتن زیر میکرون و یک دیود ابر پرسرعت می باشد. رکتنای نوری قابلیت جذب تابش الکترومغناطیسی و تبدیل آن به جریان را دارد. یکسوساز دیودی جریان AC، نیز قابلیت ایجاد نیروی الکتریکی DC را فراهم می سازد. در مقایسه با سلول های خورشیدی متعارف، که قابلیت جذب فوتون ها و تولید جفت های حفره ـ الکترون به منظور فراهم آوردن نیروی الکتریکی را دارند، رکتناها به نظر متکی به نگرش موج الکترومغناطیسی نور ماکسول می باشند.
با وجود آنکه مفهوم کاربرد رکتناهای نوری برای حاصل آوردن انرژی خورشیدی در ابتدا به وسیله Bailey در سال ۱۹۷۲ (Bailey 1972)، ارائه شد، به واسطه عدم وجود آنتن های نوری کارآمد و دیودهای کاملاً سریع، تحقیقات رکتنای نوری در ارتباط با سلول های خورشیدی تا زمان اخیر توجه چندانی را به خود جلب ننموده اند (Eliasson و Moddel، ۲۰۰۳)، (Hagerty، ۲۰۰۴)، (Singh، ۲۰۰۶)، (Mashaal و Gordon، ۲۰۱۱)، (Joshi و Moddel، ۲۰۱۳). نتیجه این مؤلفه یک فناوری می باشد که به غیر از کارآمدی و قیمت ارزان، صرفاً نیازمند مواد کم هزینه می باشد. ضروریات مربوط به هزینه و کارایی مشابهی در زمینه فناوری های تشخیص گر فروسرخ در ارتباط با کاربردهایی نظیر دید در شب اتومبیل ها وجود دارند.
یک مدار رکتنا متشکل از یک آنتن متصل به یک دیود می باشد، همانگونه که در شکل ۱-I نشان داده شده است. دیود ابر سریع قابلیت یکسوسازی سیگنال فرکانس نوری جذب شده به وسیله آنتن به ولتاژ DC را خواهد داشت. سرراست ترین روش جهت کاربرد انرژی DC یکسو شده اتصال یک بار از طریق یک فیلتر DC پایین گذر به دیود می باشد. با اجرای یک تحلیل مدار کلاسیک، ما در می یابیم که ولتاژ DC خروجی در بخش بار می تواند به بلندی ولتاژ AC ورودی پیک در امتداد آنتن باشد (Grover، ۲۰۱۱).
ب. دیودهای فوق سریع
بررسی بخش های مختلف فناوری رکتنای نوری ضروری می باشد، مخصوصاً این بررسی در ارتباط با یافتن یودهای مناسب با کارکرد در محدوده تراهرتزی یا حتی فرکانس های نوری مدنظر است. تز کنونی بر روی دیودهای فوق سریع بکار گرفته شده در رکتناهای نوری تمرکز دارد. انتخاب یک دیود مناسب منوط به فرکانس کاربرد آن می باشد، که فراتر از فرکانس تراهرتز و فرکانس فروسرخ (IR) 28 تراهرتزی می باشد.
فرکانس کاربردی دیودهای نیمه هادی معمولی در مرتبه گیگاهرتزی می باشد چرا که این دیودها با پیوندهای p-n محدود به زمان گذار بارها می باشند (Sedra و Smith، ۲۰۱۰). دیودهای شاتکی قابلیت عمل در محدوده تراهرتزی و تا فرکانس های فراتر از فروسرخ را دارند (Brown، ۲۰۰۳)، (Kazemi، ۲۰۰۷).
در این تز، دو نوع از دیودهای فوق سریع مورد بررسی قرار می گیرند: دیودهای فلز ـ عایق ـ فلز (MIM) و دیودهای هندسی. دیودهای MIM قابلیت کار در فرکانس های تراهرتزی را دارند، در حالی که عملکرد دیودهای هندسی تا فرکانس های نوری می باشد.
۱- دیودهای فلز ـ عایق ـ فلز
گروه ما اقدام به بررسی دیودهای MIM برای استفاده در سیستم های کاربردی رکتنای نوری نموده است (Eliasson، ۲۰۰۱) (Eliasson و Moddel، ۲۰۰۳)، که آغاز این تحقیقات در سال ۱۹۹۸ با پشتیبانی از سوی انستیتو سیستم های انرژی ITN (NR، ۲۰۱۲) می باشد. بعلاوه، تحقیقات گسترده ای نیز به وسیله همکاران، Blake Eliasson, Sachit Grover و Saumil Joshi انجام شده اند.
یک دیاگرام باند نوعی دیود MIM در شکل ۲-I نشان داده شده است. در دیودهای MIM، حامل های بار اقدام تونل زنی در امتداد یک اکسید می نمایند، که به ضخامت نانومتری از یک لایه فلزی به لایه دیگر می باشد. با وجود آنکه زمان تونلینگ این حامل ها در مرتبه فمتوثانیه است، ضرایب تشریح شده ذیل سبب محدودسازی زمان پاسخ دهی دیود و کارایی کلی رکتنا می شوند.
برای انتقال مؤثر توان، امپدانس دیود می بایست در تطابق با امپدانس آنتن از آنالیز مدار باشد. در مدل مکانیکی کوانتوم سیستم رکتنا، مقاومت سکانت حاصله از ویژگی های دیود I(V) نیز می بایست منطبق با امپدانس آنتن باشد (Grover، ۲۰۱۳). امپدانس آنتن از چندین ده الی صد اهم در فرکانس های تراهرتز متغیر بوده (Kocakarin و Yegin، ۲۰۱۳) و می تواند تا هزاران اهم در فرکانس های نور مرئی نیز متفاوت باشد (de Arquer، ۲۰۱۱). بنابراین، مقاومت دیود مقید به محدوده ای یکسان با کارایی کوپلینگ بالا تلقی می شود. جزئیات تحلیل کارایی کوپلینگ در فصل ۹ و تز Sachit Grover (Grover و Moddel، ۲۰۱۱)، (Grover، ۲۰۱۱) مورد بحث قرار گرفته است.
یک دیود MIM با یک مقاومت تطبیقی آنتن تقریباً ۱۰۰ W / اهم به عنوان یک دیود دارای مقاومت پایین به شمار می آید که نیازمند یک ارتفاع اندک سد (نوعاً نه بیش از تقریبا ۰٫۲ eV) و همچنین ایزولاتورها یا عایق های نازک (نوعاً نازکتر از ۳ نانومتر) می باشد (Joshi، ۲۰۱۳)، (Zhu، ۲۰۱۳). یکی از روش های آسان جهت کاهش مقاومت دیود MIM افزایش مساحت دیود می باشد، اما به واسطه ضروریت خازنی تشریح شده ذیل این رویکرد نیز عملی نمی باشد.
خازن دیود خود به عنوان یک عامل محدود کننده کارایی مهم تلقی می شود، چرا که ثابت زمانی مدار رکتنا (RC) می بایست کوچکتر از ثابت زمانی متناظر با فرکانس نور مرئی باشد. برای کار در فرکانس های مرئی، خازن دیود C می بایست کمتر از چندین اتوفاراد برای یک مقاومت دیود R به میزان ۱۰۰ W باشد.
برای دیودهای MIM، یک دیود با یک مساحت کاملاً کوچک ~ ۱۰ nm × ۱۰ nm قابلیت فراهم آوردن ظرفیت دیود پایین مکفی در مرتبه اتوفاراد را خواهد داشت. با در نظرگیری آنکه این ناحیه کوچک قابل دسترس می باشد، مقاومت دیود به طور غیرقابل پذیرشی بالا تلقی می شود (تقریباً ۱۰ kΩ)، و سبب کاهش کارایی تزویج / کوپلینگ به زیر چندین درصد خواهد شد (Sanchez، ۱۹۷۸)، (Grover و Moddel، ۲۰۱۱).
بنابراین، جهت کاربرد دیودهای MIM برای انتقال کارآمد انرژی یا حتی تشخیص سیگنال، فرکانس کاربردی رکتنا کمتر از تقریباً ۱ THz می باشد. مبحث مرتبط با رکتنا، با استفاده از دیودهای MIM و با قابلیت کار در ۱ تراهرتز، در فصل ۷ ارائه می شود.
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۱
۲- دیودهای هندسی
از آنجایی که دیودهای MIM از نقطه نظر پاسخ فرکانس با توجه به محدودیت های اصلی RC در ابزاره های با صفحه موازی محدود می باشند، ما در این مبحث یک نوع جدید دیود تحت عنوان دیود هندسی را معرف می نماییم که با توجه به ساختار مسطح آن، محدود به قیدهای RC ابزاره های دارای صفحه موازی نمی باشد. در عین حال، از آنجایی که دیودهای هندسی از یک ماده رسانا تشکیل می شوند، مقاومت دیودها نیز به میزان کافی جهت تطبیق با امپدانس آنتن اندک می باشد.
یک فیلم نازک رسانا که در قالب شکل نوک پیکانی معکوس نشان داده شده است، همانند شکل ۳-I را در نظر بگیرید. حامل های بار از سمت چپ به راست (مسیر مستقیم) به صورت آسانتری در مقایسه با مسیر متضاد حرکت می نمایند که علت آن را می توان اثر قیفی لبه های نوک پیکانی آن در نظر گرفت. احتمال انتقال بارهای نامتقارن در مسیرهای مختلف سبب رفتار دیود در مشخصه های I(V) دیودهای هندسی می شود. اصول عملیاتی دیودهای هندسی با جزئیات مربوطه در فصل ۲ ارائه شده و مورد بحث قرار می گیرند.
نتایج شبیه سازی شده دیودهای هندسی نوک پیکانی معکوس در فصل ۳ ارائه شده اند، و همراه آن چندین روش در زمینه ساخت دیودهای هندسی نیز در فصل ۴ عرضه خواهد شد. از آنجایی که دیود هندسی از یک ماده رسانا شکل می گیرد که خود تأمین کننده حامل های بار بالستیک می باشد، در این مبحث اقدام به ساخت دیودهای هندسی با استفاده از فیلم / لایه نازک فلز و گرافن شده است. مشخصه های DC I(V) و نتایج برآورد نوری متعاقباً نشان داده شده و در فصل های ۶ و ۷ مورد بحث قرار می گیرند، و پس از آن از طریق یک تحلیل عمقی عملکرد ابزاره و بحث پیرامون روش ها برای ارتقای آتی فصل های باقیمانده نیز تحت پوشش قرار خواهند گرفت.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
